(57)【要約】【課題】比重の異なる２種以上の材料、とくに比重差の小さい材料どうしを安定に分離することが可能な湿式分離方法および湿式分離装置を提供する。【解決手段】媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層を用いて比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離方法において、液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の嵩密度を増減させることにより、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により材料を分離する湿式分離方法に関する。また、媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層、固液流動層容器、液体を固液流動層容器内に流入させる液体流入口ならびに流動媒体粒子層の嵩密度を変化させる手段を有し、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離装置に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層を用いて比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離方法において、
液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の嵩密度を増減させることにより、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により材料を分離する湿式分離方法。
【請求項２】
さらに、比重の異なる２種以上の媒体粒子を用いて流動媒体粒子層の比重を制御する請求項１記載の湿式分離方法。
【請求項３】
媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層、固液流動層容器、液体を固液流動層容器内に流入させる液体流入口、ならびに液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の比重を制御する手段を有し、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層を利用した比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離方法および湿式分離装置に関する。さらに詳しくは、液体の流入速度を増減させることにより、流動媒体粒子層の比重を制御して、比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離方法および湿式分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護、資源の有効活用の観点から、廃棄物中に含まれるプラスチック類や金属類のリサイクルが重要視されている。これらのリサイクルには、プラスチック類や金属類を、比重差を利用して種別に分離する技術が不可欠であり、従来より、乾式分離方法や湿式分離方法が用いられている。
【０００３】
乾式分離方法は、単純な装置で種々の材料の分離が可能であるため、広く用いられている方法である。たとえば、特許文献１には、送風によって粉体を流動化させた固気流動層にプラスチック類を投入し、固気流動層との比重差を利用して、プラスチック類を成分ごとに分離する方法が記載されている。しかし、粉体の流動化時に固気流動層内に粉体の存在が疎になる部分が発生するため、固気流動層の密度が安定せず、分離の精度が低いという問題があった。
【０００４】
一方、洗浄工程を必要とするプロセスにとくに有効な湿式分離方法としては、水を媒体として高比重プラスチックと低比重プラスチックとを分離する方法が特許文献２などに開示されている。このように液体を媒体とした場合には、分離精度は高くなるものの、液体の密度を調節することが困難であることから、分離可能な材料が限定されるとともに、複数種類の材料を同一の系で分離することは不可能であった。
【０００５】
また、固液流動層を形成して、固液流動層との比重差を利用して材料を分離する方法も検討されている。この方法では、固気流動層と異なり気泡の発生がないため、流動層内が均一になりやすく、高い分離精度が得られるが、比重差の小さい材料どうしを分離するのはきわめて困難であった。
【０００６】
したがって、比重の異なる２種以上の材料、とくに比重差の小さい材料どうしを安定に分離し、かつ様々な比重を有する複数種類の材料を同一の系で分離することの可能な湿式分離方法および湿式分離装置が求められていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１１２１４号公報
【特許文献２】特開２００３−９４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、比重の異なる２種以上の材料、とくに比重差の小さい材料どうしを安定に分離することが可能な湿式分離方法および湿式分離装置を提供することを目的とする。また、本発明は、様々な比重を有する複数種類の材料を、同一系内で分離することが可能な湿式分離方法および湿式分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層を用いて比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離方法において、
液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の嵩密度を増減させることにより、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により材料を分離する湿式分離方法に関する。
【００１０】
前記分離方法において、さらに、比重の異なる２種以上の媒体粒子を用いて流動媒体粒子層の比重を制御することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層、固液流動層容器、液体を固液流動層容器内に流入させる液体流入口、ならびに液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の比重を制御する手段を有し、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離装置に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層において、液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の嵩密度を増減させることにより、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御することが可能であるため、比重差の小さい材料どうしを、安定に分離することができる。また、本発明によれば、様々な比重を有する複数種類の材料を一連の装置（多段装置）で分離することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、媒体粒子および液体からなる流動媒体粒子層を含む固液流動層を用いて比重の異なる２種以上の材料を分離する湿式分離方法において、液体の流入速度を増減させて流動媒体粒子層の嵩密度を増減させることにより、流動媒体粒子層の比重を、一方の材料の比重より高く、他方の材料の比重よりも低くなるように制御して、材料の浮沈により材料を分離する湿式分離方法に関する。
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を示した図１を用いて、本発明の湿式分離方法および湿式分離装置について説明する。
【００１５】
図１中、１は固液流動層容器、２は流動媒体粒子層、３は液体、４は整流部、５は液分散板、６はタンク、７はポンプ、８はバルブ、９は流量計、１０は液体流入口を示す。
【００１６】
流動媒体粒子層２は、媒体粒子と液体３とからなり、液体３により流動することの可能な層のことをいう。
【００１７】
流動媒体粒子層２を形成する媒体粒子としては、ガラスビーズ、アルミナ、ジルコニア、ステンレス、鉛、プラスチック、中空製金属の各粒子などを用いることができる。とくに、ガラスビーズ、アルミナ、ジルコニアが、密度、濡れ性の点より好ましい。
【００１８】
液体３としては、とくに限定されず、水、アルコール、ハイドロカーボンなど、様々な液体を用いることができるが、安全面、コスト面より、水が好ましく用いられる。液体３は、タンク６からポンプ７で液体流入口１０に送液され、固液流動層容器１の上部から流れ出た液体は、再度タンク６に戻される。液体３の固液流動層容器１への流入速度は、フローコントローラー（図１では、バルブ８および流量計９を使用）などにより調節することができ、流入速度により、固液流動層容器１中の媒体粒子は、沈降状態、浮遊状態または流動化状態を示す。本発明では、媒体粒子が流動化された流動媒体粒子層２において、比重の異なる２種以上の材料を分離する。
【００１９】
媒体粒子を流動化させるために、液体３の流入速度は、最小流動化速度より高く、終末速度（媒体粒子が流動媒体粒子層２から飛び出す速度）より低い速度に調節する必要がある。最小流動化速度および終末速度は、媒体粒子の密度や粒径により異なるため、本発明において、液体３の流入速度は、とくに限定されるものではなく、使用する流動媒体粒子層２の嵩密度を、分離させる材料よりも高くするか、低くするかにより必然的に決定される。しかし、より低い液速度で運転する方が、分離させる材料が液流れの影響を受けにくいことから好ましく、この点から、流入速度は、たとえば、最小流動化速度の１〜１０倍程度が好ましく、１〜２倍程度とすることがより好ましい。最小流動化速度よりも低い流入速度では、流動化が起こらず、分離させる材料の浮沈がなされないので分離が進まない。また、最小流動化速度の１０倍よりも高い流入速度では、分離させる材料が、液流れやこれにともなう媒体粒子の激しい運動にのって流動媒体粒子層２内を無秩序に浮遊しやすくなり、分離の精度が低くなる傾向にある。さらに終末速度よりも高い流入速度では、媒体粒子が流動媒体粒子層２から飛び出して、液体３とともに固液流動層容器１より流出してしまう傾向がある。
【００２０】
固液流動層を含有する固液流動層容器１を形成する材料としては、とくに限定されず、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、金属などが用いられる。固液流動層容器１の大きさは、分離される材料の大きさなどにより適宜決定される。固液流動層容器１内の沈降状態にある流動媒体粒子層２の高さは、最小流動化速度の１〜２倍程度の流速で分離を行なう場合には、固液流動層容器１の高さの５０％以下とすることが可能であるが、通常は、分離させる材料の高さの５倍以上で、かつ固液流動層容器１の高さの３０％以下であることが好ましく、分離させる材料の高さの１０倍以上で、かつ固液流動層容器１の高さの２０％以下であることがより好ましい。分離させる材料の高さの５倍未満では、分離させる材料の浮沈が不明確となるために分離が困難となり、固液流動層容器１の高さの３０％をこえると、流動媒体粒子層２から飛び出した粒子が、液体３とともに固液流動層容器１より流出してしまう傾向がある。
【００２１】
整流部４を形成する材料は、とくに限定されず、たとえば、ガラスビーズ、セラミックス粒子、金属粒子などが充填される。用いられる粒子の粒径は、とくに限定されないが、粒径が小さすぎる場合には抵抗が大きくなり、大きすぎる場合には整流作用がなくなるため、液体３の流入速度に応じて用いる粒子を適宜選択すればよい。なお、整流部４は、液分散板５によっては不要な場合もある。
【００２２】
液分散板５としては、液体３を通し、媒体粒子および整流部４に充填される粒子を通過させないものであればとくに限定されず、ステンレス鋼製金網、プラスチック製網、金属またはセラミックス製多孔板などが用いられる。
【００２３】
本発明では、液体３の固液流動層容器１への流入速度を増減させることが可能であり、流入速度を増減させることにより、流動媒体粒子層２の嵩密度を増減させることができる。ここで、流動媒体粒子層２の嵩密度とは、充填した媒体粒子の質量と流動媒体粒子層２の体積から求められる値である。また、液体３の流入速度によって流動媒体粒子層２の嵩密度が増減するのは、たとえば、液体３の流入速度を大きくした場合には、流体抵抗によって粒子が上方に持ち上げられるために流動媒体粒子層２の体積が増加し、嵩密度が減少するからである。
【００２４】
本発明で用いられる媒体粒子の粒径は、好ましくは３０〜８００μｍ、より好ましくは５０〜５００μｍ、さらに好ましくは８０〜１３０μｍである。粒径が８００μｍをこえると、最小流動化速度が高くなるため、液体３の流入速度を高くする必要があり、このために、分離される材料が液流れやこれにともなう媒体粒子の激しい運動にのって流動媒体粒子層２内を無秩序に移動し、また、液体３の流入速度の変化の影響を受けて流動媒体粒子層２内も不均一になるため、分離の精度が低下する傾向がある。粒径が３０μｍ未満では、流入速度の変化の影響は少なくなるが、媒体粒子が流動媒体粒子層２から飛び出し、液体３とともに固液流動層容器１から流出しやすくなる。したがって、流動媒体粒子層２の嵩密度は、液体３の流入速度だけでなく、媒体粒子の粒径によっても、膨張度合いが異なるために、影響を受けることになる。そのため、本発明においては、前記範囲の粒径を有する媒体粒子を用いて、液体３の流入速度を増減させて流動媒体粒子層２の嵩密度を増減させることにより、流動媒体粒子層２の比重を、分離させたい材料の一方の比重より高く、他方の比重よりも低くなるように制御することができ、材料を浮沈させることによって、比重の異なる２種以上の材料を安定に分離することが可能となる。
【００２５】
ここで、「分離させたい材料の一方の比重」とは、比重の異なる２種以上の材料のうち、流動媒体粒子層２上部に浮上させたい材料の中で最大の比重を有する材料の比重を意味し、「他方の比重」とは、流動媒体粒子層２下部に沈降させたい材料の中で最小の比重を有する材料の比重を意味する。
【００２６】
また、流動媒体粒子層２の嵩密度は、液体３の流入速度によってだけでなく、流動媒体粒子層２を形成する媒体粒子の比重を変えることによっても、増減させることができる。たとえば、液体３の流入速度が一定の場合、媒体粒子の比重を大きくすることにより、流動媒体粒子層２の嵩密度を大きくすることが可能である。したがって、本発明においては、分離装置を多段式にして、各塔の流動媒体粒子層を、比重の異なる媒体粒子で形成することにより、様々な比重を有する複数種類の材料を同一系内で安定に分離することが可能となる。この場合、各塔に流入させる液体の流入速度は同一であってもよく、また、必要に応じて、各塔で変化させることもできる。
【００２７】
本発明によって分離され、流動媒体粒子層上部に浮上した材料は、金網などの篩を用いて、分離装置から回収される。分離された材料と媒体粒子とがほぼ同一径である場合でも、これらの密度は通常大きく異なるため、水簸法などにより、容易に分離することが可能である。
【００２８】
本発明の湿式分離方法および湿式分離装置は、おもに廃棄物中のプラスチック類や金属類の分離、金属プラスチック複合材からのプラスチックの分離などに有用である。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
＜水流入速度による流動媒体粒子層の嵩密度変化＞
水の流入口、バルブおよび流量計（ＳＰＯ−４、日本フローセル（株）製）を備えた透明アクリル樹脂製固液流動層容器（内径８０ｍｍ、高さ６００ｍｍ）の下部に、高さが５０ｍｍとなるように粒径１ｍｍのガラスビーズを充填して整流部を形成したのち、整流部の上部に液分散板となるステンレス鋼製金網を設けた。ステンレス鋼製金網の上部には、媒体粒子（粒径６０μｍ、密度２５００ｋｇ／ｍ3）７００ｇを充填して、高さ８０ｍｍの流動媒体粒子層を形成した。また、水がタンク（塩化ビニル樹脂製、内径９０ｍｍ、高さ３８０ｍｍ）からポンプ（ＰＭＤ１５１１Ｂ２Ｚ、ＳＡＮＳＯ製）で固液流動層容器に送流され、固液流動層容器上部から流れ出る水がタンクに戻されるように、分離装置を作製した。
【００３１】
固液流動層容器側面より、分散板からの流動媒体粒子層の高さを目視にて読み取り、流動媒体粒子層の体積で、充填したガラスビーズの質量（７００ｇ）を除することにより、水の流入速度を変化させたときの流動媒体粒子層の嵩密度を求めた。結果を図２に示す。なお、液体の速度を０．０００１３〜０．００１０ｍ／ｓとすることにより、媒体粒子は流動化状態を示した。
【００３２】
また、粒径が６０μｍの媒体粒子に代えて、粒径が１００μｍ（密度２５００ｋｇ／ｍ3）、２００μｍ（密度２５００ｋｇ／ｍ3）および５００μｍ（密度２５００ｋｇ／ｍ3）の媒体粒子を用いて、同様にして、流動媒体粒子層の嵩密度の変化を測定した結果を図２に示す。なお、媒体粒子が流動化状態を示したときの液体の速度は、１００μｍのときが０．０００３０〜０．００６３ｍ／ｓ、２００μｍのときが０．０００５７〜０．０１１ｍ／ｓ、５００μｍのときが０．００２６〜０．０２６ｍ／ｓであった。
【００３３】
図２より、いずれの粒径の媒体粒子を用いた場合も、水の流入速度の変化にともない、流動媒体粒子層の嵩密度が変化した。また、媒体粒子の粒径が小さいほど、低い流入速度で急激に流動媒体粒子層の嵩密度が変化することがわかった。
【００３４】
＜分離＞
作製した分離装置（媒体粒子の粒径は６０μｍとした）に、粒径８ｍｍの４種類の被分離粒子（密度１４００ｋｇ／ｍ3、１６００ｋｇ／ｍ3、１８００ｋｇ／ｍ3、１９００ｋｇ／ｍ3）を入れ、分離を試みた。図３に示すように、水の流速が０．０００８ｍ／ｓ以上では、１４００ｋｇ／ｍ3の粒子が層内を浮遊し、そのほかの粒子は層下部に沈降していたが、流入速度を０．０００７ｍ／ｓに低減すると、密度１４００ｋｇ／ｍ3の粒子が層上に浮上した。続いて、流入速度０．０００３５ｍ／ｓで密度１６００ｋｇ／ｍ3の粒子が、さらに流入速度０．０００１８ｍ／ｓで密度１８００ｋｇ／ｍ3の粒子がそれぞれ浮上してきた。層上に浮上した各被分離粒子は、金網（網目１ｍｍ程度）を用い、分離装置上部からすくいあげることにより、回収することができた。
【００３５】
実施例２
粒径６０μｍの媒体粒子に代えて粒径１００μｍの粒子（密度２５００ｋｇ／ｍ3）を用い、被分離粒子を粒径８ｍｍの４種類の粒子（密度１３００ｋｇ／ｍ3、１６００ｋｇ／ｍ3、１８００ｋｇ／ｍ3、１９００ｋｇ／ｍ3）とした以外は、実施例１と同様にして分離を試みた。図４に示すように、水の流速が０．００６０ｍ／ｓのときには、すべての被分離粒子が沈降していたが、流入速度０．００３５ｍ／ｓで密度１３００ｋｇ／ｍ3の粒子が、流入速度０．００１０ｍ／ｓで密度１６００ｋｇ／ｍ3の粒子が、さらに流入速度０．０００５ｍ／ｓで密度１８００ｋｇ／ｍ3の粒子がそれぞれ浮上してきた。層上に浮上した各被分離粒子は、金網（網目１ｍｍ程度）を用い、分離装置上部からすくいあげることにより、回収することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の湿式分離装置の一実施の形態を示した図である。
【図２】液体の流入速度と流動媒体粒子層の嵩密度との関係を示した図である。
【図３】液体の流入速度と被分離材料の存在高さとの関係を示した図である。
【図４】液体の流入速度と被分離材料の存在高さとの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  固液流動層容器
２  流動媒体粒子層
３  液体
４  整流部
５  液分散板
６  タンク
７  ポンプ
８  バルブ
９  流量計
１０  液体流入口
【図１】
2005230698.tif 000002
【図２】
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【図３】
2005230698.tif 000004
【図４】
2005230698.tif 000005